hidraulica

El coeficiente o factor de fricción es un parámetro de diseño importante al considerar las pérdidas de energía mecánica en el transporte de fluidos a través de tuberías, ya sea para evaluar la potencia necesaria, o para estimar el diámetro del conducto, entre otros aspectos (Ibarz et al., 2001; Vélez, 2003a). Este coeficiente de fricción puede obtenerse con la pérdida de presión que se da en unsegmento de tubo y/o accesorio, o bien puede evaluarse por medio de modelos, o gráficas propuestas para tal propósito (Charm, 1971; Foust et al.,1980; Macedo et al., 2001; Vélez, 2003a). La información que existe ha sido desarrollada principalmente para fluidos de tipo newtoniano y poco trabajo se ha realizado en fluidos no newtonianos independientes del tiempo (Steffe y Morgan, 1986; Ibarz etal., 2001; Vélez, 2003b; Perona, 2003; Sablani y Shayya, 2003).
En una tubería recta en la que el flujo es del tipo laminar o viscoso, la resistencia se origina por el esfuerzo tangencial o cortante de la viscosidad entre las láminas o capas adyacentes, y/o entre las partículas que se mueven en recorridos paralelos con diferentes velocidades, en la pared de la tubería las partículas se adhieren aella y no tienen movimiento. Tanto las laminas como las partículas en movimiento en la tubería están sujetas a un esfuerzo cortante viscoso que disminuye conforme se aproximan al centro de la tubería, por lo que la variación de la velocidad a través de la tubería, está totalmente determinado por el esfuerzo viscoso entre las capas o láminas imaginarias en movimiento (Welty et al., 1976; Bandala,2001).
Por otro lado, si el flujo en la tubería es turbulento, la variación de la velocidad a través del tubo no queda determinada únicamente por la viscosidad, sino que depende de las características que tenga la turbulencia, de las propiedades reológicas y viscoelásticas de los fluidos no newtonianos. La magnitud del esfuerzo cortante viscoso aumenta debido a los remolinos y vórtices que acompañana la turbulencia, además con paredes ásperas o rugosas, la turbulencia se incrementa aún más (Welty et al., 1976; Perona, 2003; Sablani y Shayya, 2003).
La pérdida de carga (hL) que se genera a través de un accesorio puede ser como:
 
                                             (1)
 
En esta ecuación, hL es la pérdida de carga por fricción para cada accesorio (m), DP es la caida de presióndel accesorio o tubería (Pa), r es la densidad del fluido (kg/m3), Ka se refiere al coeficiente de fricción (adimensional) para el tramo de tubería o para el accesorio, v es la velocidad lineal media a la que pasa el fluido (m/s), g es la aceleración gravitatoria (m/s2).
Para el transporte de fluidos no newtonianos, los estudios existentes son limitados y diferen tes factores han sido analizados.Las caídas de presión a través de una tubería en el manejo de pasta de pescado, fueron evalua das por Nakayama et al. (1980); determi nando valores bajos en las pérdidas de energía, atribuidos a la naturaleza del comportamiento no newtoniano de tipo plástico de Bingham. En un estudio realizado por García y Steffe (1987), se subraya la importancia que tiene la consideración del esfuerzo decedencia o umbral de fluencia (t0) en la correcta predicción de las pérdidas de presión en la tubería; las predicciones del coeficiente de fricción se relacionaron al índice de flujo, y a los números de Reynolds y Hedstrom. Banerjee et al. (1994) realizaron la determinación experimental de la pérdida de presión (DP) en válvulas de compuerta y globo de ½ pulgada involucrando, el número de Reynoldsgeneralizado (GRe) y los diferentes grados de abertura () al manejar fluidos de tipo pseudoplástico; proponiendo las siguientes dos correlaciones, para las válvulas consideradas:
para válvulas de compuerta:
                      (2)      
 
para válvulas de globo
 
                   (3)
 
En estas ecuaciones, DP, r, v tienen el mismo significado que en la ecuación (1); GRe se refiere al...